復合材料構件自動鋪絲成型中的路徑生成算法研究.pdf

1、在飛機上大量使用復合材料是航空業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢，而實現(xiàn)這一轉變的制造技術之一是先進的纖維束自動鋪放成型。它在發(fā)達國家已廣泛應用于大型航空航天復合材料構件的制備，而在國內的相關研究尚處于起步階段。CAD/CAM技術與材料技術、成型裝備是實現(xiàn)自動鋪放的三大要素。其中，CAD/CAM技術是重要基礎，在充分掌握其工藝原理的條件下，對其進行先行的研究與探索是十分必要的。在CAD/CAM技術中，預定路徑的規(guī)劃與設計又是實現(xiàn)自動鋪放的關鍵技術之一

2、。將其作為課題進行深入研究，對我國研制具有自主知識產(chǎn)權的高性能纖維鋪放設備具有重要的意義。
　　 本文綜合鋪絲工藝、成型構件和各種鋪放條件，并抽象為數(shù)學模型，借助經(jīng)典微分幾何理論與向量代數(shù)方法，建立路徑曲線方程，進而將路徑軌跡的求解問題轉化為常微分方程的迭代計算問題，利用它精確地表述路徑生成與變化所遵循的基本規(guī)律。
　　 論文的主要研究成果如下：
　　 1.研究分析了鋪絲工藝、曲面外形以及路徑規(guī)劃之間的制約關系。

3、討論了復合材料自動鋪放設計的一般原則；從幾何角度分析了曲面多層鋪放的幾何變化及其對鋪放的影響，提出了鋪絲工藝要求下的曲面鋪放曲率的極值問題；分析并確定了曲面與路徑軌跡的數(shù)學描述方法。
　　 2.在總結前人研究成果的基礎上，對基準路徑的生成作了深入研究。針對各種外形的典型構件，分別改進和提出了截平面法、線面相交法、投影法、插值映射法等多種算法，并編寫程序以驗證其正確性。
　　 3.開展了路徑軌跡在曲面上的密化與覆蓋方法研究

4、?；阡伔殴に囂攸c提出了精確的等距偏移密化算法和快速的近似等距偏移密化算法；基于構件加載后的內部應力特征提出了插值均分密化算法。對于偏移密化過程中出現(xiàn)的邊界問題和縫隙填補也給出了統(tǒng)一的求解算法。
　　 4.提出了多層鋪放的路徑軌跡生成算法。構件的最終成型是纖維束連續(xù)多層、多角度鋪放完成的。本文研究了偏置曲面上曲線的相關問題，在此基礎上結合相關層合板的鋪放特征將上述基準路徑與密化覆蓋方法推廣至多層曲面，為實現(xiàn)構件的多層鋪放提供了必